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微传感器中开关电容式滤波器设计

作　者: 周海龙
导　师: 陈伟平
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 滤波器开关电容信号流图寄生电容
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 73次
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内容摘要

开关电容滤波器作为一种新型的可集成有源滤波器,广泛应用于军事、民用等领域。实现开关电容滤波器的微型化、集成化、低成本、低功耗有着十分重要的意义。本文在分析开关电容滤波器工作原理的基础上,对4种开关电容滤波器进行了设计及模拟仿真。本文在一阶开关电容滤波器设计中,采用传统的有源RC滤波器模型,用SC模拟电阻代替其中的电阻,使得电路精度得到极大提高,并且更加易于集成。设计中模拟RC电阻采用一种对寄生电容不敏感的并联型模拟电阻。这种电阻不但忽略了寄生电容对电路的影响而且节省了一个在输入信号前段的采样和保持电路(S&H)。设计中电路中的开关采用了一种六MOS管传输门开关,优点在于,这种开关不但满足速度和精度的要求而且大大降低了开关的电荷注入效应。电路的时序部分采用一种时序电路,提供了非交叠时钟,极大的防止了由于时钟交叠而产生的电路时序紊乱。电路的仿真结果显示,设计的一阶开关电容滤波器满足设计需求,可以应用在多种低频带微传感器的电路中。本文设计了一种双四结构低Q值开关电容带通滤波器,这种滤波器通过设置零点的位置就可以决定整个频率响应(带通、低通、高通等),使得设计方便,并且总电容值同其他滤波器相比较小。仿真结果显示此设计满足预期指标,同传统的RC滤波器比较,此滤波器在达到同等性能的同时,具有较小的电容而且可以实现单片集成,有广泛的应用空间。开关电容滤波器中运放的性能参数对滤波器性能影响很大,本文在六阶开关电容低通滤波器的设计中,充分考虑了上述限制条件。在对滤波器模型、阶数、零极点分配、信号流图、电容值确定后,得出滤波器电路。滤波器的仿真结果显示滤波器满足设计要求,与同阶的低通滤波器相比不但具有更好的幅频特性和衰减速率,可以应用在在此频率范围内的多种微传感器中。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究状况  10-15
  1.3 本课题研究的目的和意义  15-16
  1.4 本课题研究内容  16-17
第2章开关电容滤波器工作原理  17-32
  2.1 开关电容工作原理  17-30
    2.1.1 用开关电容模拟电阻  17-22
    2.1.2 开关电容放大器  22-27
    2.1.3 开关电容积分器  27-30
  2.2 开关电容的特点  30-31
  2.3 本章小结  31-32
第3章低阶开关电容滤波器的电路设计  32-45
  3.1 一阶开关电容滤波器  32-39
    3.1.1 一阶低通开关电容滤波器  32-37
    3.1.2 一阶高通开关电容滤波器  37-39
  3.2 二阶带通开关电容滤波器  39-44
    3.2.1 二阶带通开关电容滤波器的结构设计  40-43
    3.2.2 二阶带通开关电容滤波器电路的实现  43
    3.2.3 仿真结果  43-44
  3.3 本章小结  44-45
第4章高阶开关电容滤波器  45-55
  4.1 确定滤波器阶数  45-46
  4.2 零极点分配  46-47
  4.3 双二阶滤波器设计  47-49
    4.3.1 传输函数  47-48
    4.3.2 信号流图  48
    4.3.3 双二阶开关电容网络  48-49
  4.4 六阶开关电容椭圆滤波器  49-54
    4.4.1 六阶开关电容滤波器电路图  49-50
    4.4.2 确定电容值  50-51
    4.4.3 设计运放  51-53
    4.4.4 六阶开关电容滤波器电路的实现  53
    4.4.5 仿真结果  53-54
  4.5 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-61
致谢  61

微传感器中开关电容式滤波器设计

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